Fisiologia – Neuroni e Sinapsi

Meccanismi della trasmissione sinaptica

K+* Na+Trasmettitore* * *:Jj::--lì"« « * « «FIG. 27. Meccanismi della trasmissione sinaptica. A: sinapsi elettrica. La membrana presinaptica e quella postsinaptica sonoa stretto contatto e comunicano attraverso i connessoni (C), costituiti da sei molecole di connessina per ciascuna componentedi membrana formando pori che creano una continuità elettrica fra i due neuroni. B: Sinapsi chimica. Nella terminazione pre-sinatpica vi sono vescicole sinaptiche che liberano il mediatore chimico (quadrati rossi) nello spazio sinaptico. Il mediatore silega a recettor! specifici della membrana postsinaptica, talvolta associati a canali ionici che, aprendosi, permettono il flussodi ioni (pallini rosa e verdi) attraverso la membrana postsinaptica. D. Sinapsi chimica non direzionale. Una varìcosità presi-naptica, con vescicole non orientate verso uno specifico elemento postsinaptico, libera il mediatore chimico nello spazio ex-tracellulare,

dove diffonde verso numerose cellule circostanti. LE SINAPSI CHIMICHE

Nelle sinapsi chimiche lo spazio sinaptico è più grande (20-40 nm) ed esse sono caratterizzate dalla presenza di vescicole nella terminazione presinaptica (Fig. 27B). Le vescicole contengono uno o più molecole di neurotrasmettitori ciascuno in vescicole separate. La trasmissione del potenziale d'azione avviene tramite un processo di traduzione elettro-chimica a livello della membrana presinaptica ed un ulteriore processo di trasduzione chemo-elettrica nella membrana postsinaptica.

Dal punto di vista strutturale (Fig. 28) nella maggioranza delle sinapsi del sistema nervoso centrale, il bottone terminale di un assone prende contatto con la regione somatica del neurone postsinaptico (sinapsi asso-somatiche') oppure con la regione dendritica (sinapsi asso-dendritiche). Esistono, tuttavia, anche altri tipi di sinapsi come ad esempio le

sinapsi asso-as-ni sinaptid di un neurone prendono contatto con il soma soniche e dendro-dendritiche. Le sinapsi asso-dendri-(sinapsi asso-somatiche) oppure con i dendriti (sinapsi as- tiche possono aver luogo sulla parte liscia del dendri-so-dendritiche). Queste ultime prendono contatto sulla su- te oppure su spine. Dal punto di vista morfologico leperficie liscia del dendrite oppure con una protuberanzadendritica detta spina. Alcune sono asimmetriche (riqua- sinapsi si distinguono in due sottotipi: asimmetriche edro a destra in alto) e sono eccitatone, mentre altre sono simmetriche. Si chiamano sinapsi asimmetriche quellesimmetriche (riquadro a destra in basso), hanno spesso ve- che hanno la membrana postsinaptica più spessa discicole ovali e sono inibitorie. quella presinaptica, mentre nelle sinapsi simmetrichelo spessore delle due membrane è simile. Di regola lesinapsi asimmetriche sono eccitatorie, mentre le altreneuromuscolare e nel sistema nervoso centrale. In

particolare sulla sinapsi neu-che molecole più grandi. Il poro è delimitato da sei mo- romuscolare. L'arrivo di un potenziale d'azione nellecole di connessine per ciascuna membrana a formare bottone presinaptico fa sì che un certo numero di ve-un connessone (Fig. 270. In queste sinapsi il potenzia- scicole liberino il loro contenuto nello spazio sinapti-le d'azione si propaga mediante il passaggio di cariche co. Il mediatore chimico si lega poi ai recettori dellaelettriche (ioni) attraverso questi pori. Di regola i po- membrana postsinaptica per dar luogo ad una varia-tenziali d'azione si propagano in ambedue le direzioni, zione del suo potenziale di riposo.ma in alcune sinapsi la trasmissione è unidirezionale. venta più frequente quando si depolarizza la termina-zione presinaptica oppure all'arrivo di un potenzialed'azione. Esiste una relazione fra entità di depolariz-zazione e numero di vescicole liberate e per

Questo processo di liberazione è critica la presenza di ioni calcio nel liquido extracellulare. L'arrivo di un potenziale d'azione lungo la fibra presinaptica agisce da stimolo elettrico per aprire i canali voltaggio-dipendenti del calcio che sono presenti nella terminazione presinaptica (Fig. 30). Lo ione calcio entra nella terminazione spinto da un gradiente di concentrazione e da un gradiente elettrico (il potenziale d'equilibrio del calcio è -200 4000 125 mV, v. Fig. 14) dove si lega alla sinaptotagmina (Fig. 29) provocando l'attacco delle vescicole sinaptiche ai siti attivi che si trovano sul versante intracellulare della membrana presinaptica. Il passo successivo consiste nella fusione della membrana.

della vescicola con quellapresinaptica e l'apertura della vescicola verso lo spaziosinaptico, dove si riversa il suo contenuto (esocitosi).

LIBERAZIONE DEL NEUROTRASMETTITORE Per la fusione della vescicola sinaptica alla membranapresinaptica è essenziale il complesso SNARE, un grup-Quando il neurone presinaptico è a riposo singo- po di proteine composto da sinaptobrevina, ancoratale vescicole liberano spontaneamente il loro contenu- alla vescicola (v-SNARE), e da altre due proteine anco-to nello spazio sinaptico provocando una piccolissima rate alla membrana postsinaptica e dette sintassina evariazione del potenziale della membrana postsinap- SNAP-25 (t-SNARE; t deriva dall'iniziale della parolatica dell'ordine di un millivolt. Queste variazioni spon- target) (Fig. 31). L'inattivazione di una delle suddettetanee sono state scoperte e studiate in dettaglio nel- proteine, ottenuta ad esempio con la tossina botuli-la placca motrice da Bernard Katz e sono

state chia-mate potenziali di placca in miniatura (Fig. 29). Ognivescicola contiene circa 5.000 molecole di acetilcoli- 1. sinaptobrevinana. Simili potenziali in miniatura in senso depolariz- 2. sintassinazante e iperpolarizzante sono presenti anche nelle si- 3. SNAP-25napsi del sistema nervoso centrale e sono generati dadiversi neurotrasmettitori.

La scoperta dei potenziali in miniatura da parte diBernard Katz ha permesso di postulare l'esistenza del-le vescicole sinaptiche prima che queste venissero vi-sualizzate con il microscopio elettronico. Questo espe-rimento è alla base della teoria quantica della tra-smissione chimica. Per quanto si intende l'insieme del-le molecole contenute in una singola vescicola cherappresenta la minima quantità di trasmettitore chepuò essere liberata.

Dal potenziale d'azione alla liberazione del me- FIG. 31. Le proteine sinaptobrevina, sintassina e SNAP-25diatore chimico. L'apertura spontanea e casuale delle

Costituiscono il complesso SNARE che lega la vescicola si-vescicole, che da origine ai potenziali in miniatura, di- naptica alla membrana presinaptica.

A riposo le vescicole sinaptiche sono ancorate alitoscheletro. L'arrivo di un potenziale d'azione nelle vicinanze di una terminazione sinaptica apre i canali voltaggio-dipendenti/e calcio che entra nella terminazione stessa. Qui le vescicole si staccano dall'ancoraggio nel citoscheletro, ed attraccano ai siti attivi della membrana presinaptica. Successivamente, tramite il complesso di proteine SNARE esse fondono la loro membrana con quella presinaptica formando un poro attraverso il quale il loro contenuto si versa nello spazio sinaptico. La membrana della vescicola viene poi ricaptata e può seguire tre vie: 1) essa viene riempita di trasmettitore; 2) viene captata attraverso un processo di endocitosi che coinvolge...

La clatrina; 3) va ad inserirsi nell'endosoma che da origine ad una nuova vescicola.bra presinaptica e membrana postsinaptica ed il rap-nica, previene la liberazione delle vescicole inattivan-do la sinapsi. La vescicola fusa viene poi riciclata all'in- porto 1:1 tra motoneurone e fibra muscolare fanno sì che l'ampiezza della depolarizzazione sia costante eterno della membrana presinaptica e riempita di nuo- molto grande, e tale da generare sempre un potenzia-vo neurotrasmettitore, pronta per una nuova opera- le d'azione e quindi la contrazione muscolare.zione di fusione e svuotamento (Fig. 30). Simili meccanismi ionici operano in molte sinapsiTerminato il potenziale d'azione, viene meno il fat- eccitatorie del sistema nervoso centrale dove tuttaviatore che aveva aperto i canali del calcio nella fibra pre-sinaptica, la cui permeabilità ritorna ai valori normali. i neuroni ricevono decine di migliaia di bottoni sinap-Contemporaneamente pompe del

Il calcio porta fuori dalla cellula gli ioni che erano entrati nella terminazione sinaptica facendo cessare la fusione delle vescicole e la liberazione di neurotrasmettitore sulla membrana del neurone postsinaptico. Di regola, per ogni potenziale d'azione in una fibra afferente si libera statisticamente meno di una vescicola sinaptica.

Azione del neurotrasmettitore sulla membrana postsinaptica. Quando il mediatore chimico è liberato nello spazio sinaptico, esso induce nella membrana postsinaptica variazioni della permeabilità ionica e quindi del suo potenziale. Il risultato di quest'azione dipende dalla quantità di neurotrasmettitore liberato dai vari bottoni terminali invasi dalle correnti elettriche legate al potenziale d'azione e quindi l'ampiezza del potenziale postsinaptico eccitatorio (PPSE) dipende dalla quantità di neurotrasmettitore liberato.